Nhiệt luyện trong lò cảm ứng

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC LÒ CẢM ỨNG. 1.1. Lò cảm ứng Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ (Định luật Faraday): năng lượng điện xoay chiều cấp cho cuộn cảm để tạo một từ trường biến thiên, khi đặt vật dẫn vào trong từ trường đó thì trong vật xuất hiện (cảm ứng) dòng điện cảm ứng (dòng Foucault). Dưới tác dụng của dòng điện cảm ứng chạy trong vật nung, nhiệt năng được toả ra trong vật nung theo định luật JouleLenx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iiii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC LÒ CẢM ỨNG 1

1.1 Lò cảm ứng 1

1.2 Các vấn đề về lò cảm ứng 2

1.2.1 Nhiệt năng trong lò cảm ứng 2

1.2.2 Cấu tạo bộ phận nhiệt luyện 3

CHƯƠNG 2 NHIỆT LUYỆN TRONG LÒ CẢM ỨNG 4

2.1 Tổng quan về nhiệt luyện trong lò cảm ứng 4

2.1.1 Các loại vật liệu sử dụng nhiệt luyện trong lò cảm ứng 4

2.1.2 Phân loại lò cảm ứng dùng trong nhiệt luyện 5

2.1.3 Ứng dụng 5

2.2 Lý thuyết nhiệt luyện sử dụng lò cảm ứng 6

2.3 Tôi bề mặt 11

2.3.1 Nguyên lý, quá trình 11

2.3.2 Lựa chọn thông số 15

2.3.3 Thí nghiệm về ảnh hưởng của hiệu bề mặt tới vật liệu 19

2.4 Ram cảm ứng 23

2.5 Ủ cảm ứng 28

CHƯƠNG 3 TỔNG KẾT, ƯU NHƯỢC ĐIỂM 31

3.1 Ưu nhược điểm khi sử dụng lò cảm ứng để nhiệt luyện: 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Sơ đồ nguyên lý lò cảm ứng 1

Hình 1 2 Cấu tạo bộ phận nhiệt luyện 3

Hình 1 3 Cấu tạo bộ phận nhiệt luyện chi tiết bánh răng 3

Hình 2 1 Nhiệt độ Curie của một số loại vật liệu 7

Hình 2 2 Độ sâu xuất hiện dòng điện của một số vật liệu (mm) 8

Hình 2 3 Biểu đồ nhiệt dung của thép khi nung 8

Hình 2 4 Biểu đồ nhiệt độ 9

Hình 2 5 Nhiệt dung riêng của một số loại vật liệu 9

Hình 2 6 Năng lượng cần thiết cho một số vật liệu 10

Hình 2 7 Hiệu suất sử dụng nhiệt 11

Hình 2 8 Sơ đồ quá trình tôi liên tục liên tiếp 13

Hình 2 9 Đầu cảm ứng gắn vào bánh răng 14

Hình 2 10 Nhiệt luyện một mặt sản phẩm 15

Hình 2 11 Biểu đồ xác định công suất riêng bề mặt cho phép 16

Hình 2 12 Biểu độ động học chuyển pha P γ 17

Hình 2 13 Nhiệt độ và tốc độ nung của một số mác thép tôi bề mặt cảm ứng 18

Hình 2 14 Thành phần hóa học của mẫu thép AISI 1050 19

Hình 2 15 Hình ảnh của mẫu sau 0, 3 và 9 giây 19

Hình 2 16 Sự thay đổi của tần số và cường độ dòng điện theo thời gian (f,I ~ t) 20

Hình 2 17 Biểu đồ quan quan hệ giữa độ cứng theo chiều sâu lớp tôi 22

Hình 2 18 Cấu trúc tế vi của mẫu tại 2,4,6,8 mm 23

Hình 2 19 Mối quan hệ giữa thời gian và độ cứng trong quá trình ram trong lò nung và trong lò cảm ứng 24

Hình 2 20 Nhiệt độ bề mặt và phần lõi của phôi trong quá trình gia nhiệt và làm nguội khi ram 26

Hình 2 21 Ảnh hưởng của thông số nguồn và tần số tới chất lượng sản phẩm khi ram cảm ứng 26

Hình 2 22 Dữ liệu sản xuất khi ram cảm ứng 27

Hình 2 23 Mô hình ủ cảm ứng với sản phẩm ống thép 29

Hình 2 24 Mô hình ủ cảm ứng với sản phẩm ống nhôm 30

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1 Các mác thép không thích hợp để xử lý nhiệt cảm ứng 5

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC LÒ CẢM ỨNG

1.1 Lò cảm ứng

Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ (Định luật Faraday): năng

lượng điện xoay chiều cấp cho cuộn cảm để tạo một từ trường biến thiên, khi đặt vật dẫn vào trong từ trường đó thì trong vật xuất hiện (cảm ứng) dòng điện cảm ứng (dòng Foucault) Dưới tác dụng của dòng điện cảm ứng chạy trong vật nung, nhiệt năng được toả ra trong vật nung theo định luật Joule-Lenx

Hình 1 1 Sơ đồ nguyên lý lò cảm ứng Theo nguyên lý dẫn từ, lò cảm ứng được chia ra hai loại: lò cảm ứng có lõi sắt và lò cảm ứng không có lõi sắt.Theo tần số sử dụng, lò cảm ứng lại được chia ra: lò tần số thấp (tần số công nghiệp 50Hz), lò trung tần (500-10.000 Hz) và lò cao tần (200-1.000 KHz)

Để tạo ra tần số cao, lò cần sử dụng các thiết bị phát tần số như: máy phát điện, đèn phát điện tử hay bán dẫn (Thyristor)

Ưu điểm:

• Để nhiệt luyện thép và hợp kim trong lò điện người ta sử dụng năng lượng điện biến thành nhiệt năng, do đó tập trung được năng lượng nhiệt lớn để nung nóng kim loại nhanh đặc biệt chỉ nung nóng bề mặt

• Dễ điều chỉnh nhiệt độ, thời gian và quá trình gia nhiệt theo ý muốn

• Sản phẩm không tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa, không có khí thải , đảm bảo an toàn môi trường

• Thiết bị có thể tự động, cơ khí hóa, nâng cao hiệu suất sản phẩm

• Hiệu suất sử dụng năng lượng lớn, ít hao tốn năng lượng từ đó giảm tiêu phí sản xuất Nhược điểm:

• Giá thành các loại thép lò điện cao còn vì tiêu tốn chi phí điện năng và chi phí mua điện cực lớn

• Yêu cầu trình độ kỹ thuật cao

• Chi phí rất cao khi phải sửa chữa hư hỏng, bảo trì

1.2 Các vấn đề về lò cảm ứng

1.2.1 Nhiệt năng trong lò cảm ứng

Theo định luật Faraday, Năng lượng điện gia nhiệt cho kim loại được tính theo công

thức :

Trong đó : I1.n1 : ampe vòng ( A.mm)

d: đường kính nồi chứa kim loại ( mm )

h: chiều cao nồi lò ( mm)

ρ: điện trở suất kim loại ( Ω.m)

f : tần số làm việc (Hz)

Nhiệt năng truyền vào khối kim loại phụ thuộc vào các yếu tố sau:

• Điện trở suất ρ và hệ số từ thẩm µ của kim loại

• Trị số dòng điện của nguồn cấp Nếu tăng trị số dòng điện lên hai lần thì nhiệt năng tăng lên bốn lần

• Tần số dòng điện của nguồn cấp Nếu tăng tần số lên bốn lần thì nhiệt năng sẽ tăng lên hai lần

Từ đó ta nhận thấy rằng: tăng dòng điện của nguồn cấp hiệu quả hơn tần số của nguồn cấp nhưng thực tế trị số dòng không thể tăng lên được quá lớn vì lý do cách điện, trị số dòng lớn làm nóng chảy vòng cảm ứng (mặc dù đã được làm mát bằng dòng nước liên tục) cho nên thực tế người ta tăng tần số của nguồn cấp

1.2.2 Cấu tạo bộ phận nhiệt luyện

Cấu tạo của bộ phận nhiệt luyện được miêu tả như hình 1.2

Hình 1 2 Cấu tạo bộ phận nhiệt luyện Cấu tạo gồm một lõi thép bao quanh bộ phận cần được nhiệt luyện Cho một dòng điện cao tần chạy qua lõi thép ấy Khi đó sẽ xuất hiện dòng tạo ra điện trường và theo nguyên

lý Fu-cô làm nóng kim loại Chỉ có bề mặt của sản phẩm nhiệt luyện được nung nóng

do dòng điện Fu-cô chỉ nung nóng vật ở bề mặt

Ngoài ra khi nhiệt luyện các chi tiết bánh răng thì cấu tạo của bộ phận nhiệt luyện có dạng như sau:

Hình 1 3 Cấu tạo bộ phận nhiệt luyện chi tiết bánh răng

Bộ phận có đường kính càng lớn thì lõi nhiệt luyện cũng tăng dần kích thước theo Tuy nhiên, công suất của máy có giới hạn nên thường bộ phận nhiệt luyện ( các lõi cảm ứng hay cuộn cảm ứng ) sẽ có kích thước phù hợp và dùng các phương pháp nhiệt luyện khác nhau để khắc phục

Lõi nhiệt luyện

Phần không nhiệt luyện Phần được nhiệt

luyện

CHƯƠNG 2 NHIỆT LUYỆN TRONG LÒ CẢM ỨNG

2.1 Tổng quan về nhiệt luyện trong lò cảm ứng

Máy cảm ứng tần số cao và công nghệ nhiệt luyện cảm ứng hiện đang là công nghê gia nhiệt với hiệu suất gia nhiệt cao nhất (dành cho vật liệu kim loại), tốc độ nhanh nhất và công suất tiêu thụ thấp do đó góp phần bảo vệ môi trường Nó đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp gia công vật liệu kim loại, xử lý nhiệt, hàn, quá trình nóng chảy vật liệu Nó không chỉ có thể làm nóng phôi một cách toàn bộ, mà còn gia nhiệt cục bộ cho phôi; nhiệt của phôi chỉ tập trung vào bề mặt của nó Không chỉ làm nóng trực tiếp vật liệu kim loại, mà còn trên phi kim hay vật liệu nhiệt luyện gián tiếp

Vì vậy, công nghệ gia nhiệt cảm ứng được sử dụng rộng rãi ngày nay

Quy trình xử lý: Quá trình gia nhiệt này thường được sử dụng trên bề mặt của vật liệu cần làm cứng, nhưng cũng có thể được sử dụng để ủ hoặc ủ một phần Đầu những năm

1930, Hoa Kỳ và các quốc gia, Liên Xô đã áp dụng phương pháp gia nhiệt cảm ứng cho

bề mặt làm cứng các bộ phận Với sự phát triển công nghiệp, gia nhiệt cảm ứng, xử lý nhiệt công nghệ tiếp tục cải tiến, tiếp tục mở rộng phạm vi ứng dụng

2.1.1 Các loại vật liệu sử dụng nhiệt luyện trong lò cảm ứng

Xử lý nhiệt cảm ứng có thể được áp dụng cho nhiều loại vật liệu gang dẻo và thép Thông thường, thép carbon trung bình (% 0,35 -% 0,50 carbon) cho kết quả nhiệt luyện cảm ứng cao nhất Ngoài ra, vật liệu gang dễ uốn chất lượng cao (GGG 50 - 70) cũng

có thể áp dụng phương pháp này

Đối với các loại thép cacbon có % cacbon cao hơn, Chromium có thể được thêm vào thép (thường là 0,25-0,35%) để tương tác với hàm lượng carbon của thép và tạo ra các carbua bề mặt nhằm tăng độ cứng bề mặt

Các mác thép hơp kim sau không phù hợp để xử lý nhiệt cảm ứng

Bảng 2.1: Các mác thép không thích hợp để xử lý nhiệt cảm ứng [1]

Thép làm việc nhiệt độ thường Thép làm việc nhiệt độ cao

210Cr12 155CrVMo12 60WCrV7 45NiCrMo4 90MnCrV8

38CrMoV5 40CrMoV5 32CrMoV3 56NiCrMoV7

2.1.2 Phân loại lò cảm ứng dùng trong nhiệt luyện

Theo tần số của dòng điện xoay chiều, nhiệt luyện cảm ứng được chia theo tần số làm việc, bao gồm: UHF, HF, RF, MF

• Xử lý nhiệt cảm ứng tần số cực cao (UHF) được sử dụng trong tần số hiện tại lên đến

27 MHz, lớp gia nhiệt cực kỳ mỏng, chỉ khoảng 0,15 mm, có thể được sử dụng cho hình dạng phức tạp như cưa tròn và phôi cứng bề mặt mỏng

• Xử lý nhiệt cảm ứng tần số cao (HF) thường được sử dụng trong tần số hiện tại từ

200 đến 300 kHz, độ sâu của lớp gia nhiệt là 0,5 đến 2 mm có thể được sử dụng cho bánh răng, tay áo xi lanh, cam, trục,…

• Việc xử lý nhiệt cảm ứng vô tuyến (RF) với tần số hiện tại từ 20 đến 30 kHz, với hệ thống sưởi bánh răng mô-đun nhỏ hiện tại siêu âm thanh, nhiệt luyện lớp thô dọc theo phân phối hồ sơ răng, hiệu suất tốt hơn sử dụng lửa tinh khiết

• Gia nhiệt cảm ứng 4 MF (Tần số trung bình - MF) xử lý nhiệt bằng cách sử dụng dòng điện tần số thường từ 2,5 đến 10 kHz, độ sâu của lớp nhiệt luyện là 2 đến 8 mm,

và nhiều hơn nữa cho bánh răng mô-đun lớn, có trục đường kính lớn hơn và trục nguội

Ngoài ra, với công nghệ nhiệt luyện và gia nhiệt sử dụng dòng xoay chiều với tần số là

50 đến 60 Hz cũng được áp dụng, độ sâu của lớp nhiệt luyện là 10 đến 15 mm, có thể được sử dụng cho bề mặt cứng của phôi lớn

2.1.3 Ứng dụng

Nhiệt luyện cảm ứng được sử dụng rộng rãi để làm cứng bề mặt bánh răng, trục, trục khuỷu, cam, con lăn,… của phôi Mục đích là để cải thiện khả năng chống mài mòn và

khả năng chống mỏi của các sản phẩm này Trục truyền của ô tô ứng dụng công nghệ này để làm cứng bề mặt, chu kỳ tải thiết kế mỏi tăng khoảng 10 lần so với làm nguội và tôi luyện Nhiệt luyện cảm ứng bề mặt thường ứng dụng làm cứng vật liệu phôi thường bằng thép carbon

Để đáp ứng nhu cầu đặc biệt của một số phôi đã được phát triển cho cảm ứng làm nóng

bề mặt làm cứng thép chuyên dụng độ cứng thấp Carbon cao phôi thép và gang cũng

có thể được sử dụng nhiệt luyện bề mặt gia nhiệt cảm ứng

2.2 Lý thuyết nhiệt luyện sử dụng lò cảm ứng

Hiệu ứng bề mặt là xu hướng của dòng điện xoay chiều phân bổ nó trong dây dẫn với mật độ dòng điện gần bề mặt dây dẫn lớn hơn so với ở gần lõi của nó, điều này ảnh hưởng tới nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ bên trong của sản phẩm Được tính bằng công thức sau:

J = J0.𝑒−𝑟/𝛥Trong đó: r : Là khoảng cách giữa lõi cảm ứng và sản phẩm

Δ : Là độ sâu xuất hiện dòng điện

J: Là mật độ dòng điện của vị trí đang xét

J0: Là mật độ dòng điện của bề mặt vật

Chiều sâu bề mặt xuất hiện dòng điện: Ảnh hưởng bởi tần số của dòng điện được sử dụng Tần số dòng điện càng tăng, thì chiều sâu bề mặt nung nóng càng giảm đi Bởi vì thế tùy theo mục đích nhiệt luyện và chiều sâu cần nhiệt luyện, ta có thể chọn tần số thích hợp Thông thường tần số của dòng điện sử dụng là từ 100 – 450kHz ( thuộc dòng điện cao tần) , bởi vì trong khoảng tần số này, độ sâu bề mặt và lượng nhiệt tỏa ra là thích hợp để nung nóng liên tục của các bề mặt các vật vừa và nhỏ.Khi cần thiết tăng độ sâu nung bề mặt, ta có thể tăng tần số của dòng điện lên, thông thường chỉ tăng từ 5-30kHZ Ta sử dụng dòng điện cao tần bởi vì nhiệt lượng sinh ra lớn đồng thời độ sâu bề mặt khi nung là vừa đủ Theo công thức của Maxwell, quan hệ giữa tần số và độ sâu bề mặt là: [1]

𝛥 = 5030√𝑓.𝜇𝜌 (cm) Trong đó : Δ ∶ Độ sâu bề mặt xuất hiện dòng điện ( cm)

𝜌 : Điện trở suất lõi cảm ứng (Ω.cm)

𝑓: Tần số của dòng điện (Hz)

𝜇 : Độ từ thẩm ( H/cm)

Khi nhiệt độ tăng tới nhiệt độ Currie TC thì sẽ cần một nhiệt lượng để phá vỡ từ tính, khiến cho độ từ thẩm của thép bị giảm đi và điện trở suất của thép được tăng lên do nhiệt độ Sự thay đổi các thông số 𝜌 và 𝜇 làm cho chiều dày xuất hiện dòng điện thay đổi và được hiệu chỉnh theo công thức sau: [2]

Δ (20 ÷1000oC) = 500

√𝑓 (cm) Trong đó Δ (20 ÷1000oC) : Độ sâu bề mặt xuất hiện dòng điện ( cm)

𝑓: Tần số của dòng điện (Hz)

Hình 2 1 Nhiệt độ Curie của một số loại vật liệu [3]

Hình 2 2 Độ sâu xuất hiện dòng điện của một số vật liệu (mm) [3]

Ví dụ xét một sản phẩm tôi bề mặt lên tới 12000C, sẽ xảy ra các quá trình:

• Nhiệt độ bề mặt tăng nhanh, nhiệt độ bên trong vẫn không thay đổi

• Khi tới nhiệt độ Currie : 7700C , thì toàn bộ lượng nhiệt được sử dụng để thay đổi từ tính của thép Nhiệt độ bề mặt không tăng thêm nữa do nhiệt dung riêng tăng cao

• Khi phá vỡ xong từ tính thì nhiệt độ bề mặt tiếp tục tăng

Sau đây là biểu đồ biểu hiện quá trình trên:

Hình 2 3 Biểu đồ nhiệt dung của thép khi nung [4]

Nhiệt dung tăng mạnh

Sự chuyển biến nhiệt độ theo thời gian khi tôi một phôi có bán kính 16mm tới nhiệt độ

12000C với tổng thời gian 10s có dạng như sau:

Hình 2 4 Biểu đồ nhiệt độ [4]

Ta nhận thấy rằng nhiệt độ của bề mặt tăng rất nhanh theo thời gian trong khi đó nhiệt

độ của lõi sản phẩm tuy tăng nhưng với tốc độ khá thấp và ít Vật có kích thước càng lớn thì nhiệt độ bên trong lõi sẽ thấp hơn nữa và gần như không tăng đáng kể Để tính toán nhiệt lượng cần cung cấp ta lần lượt xét các yếu tố sau:

Nhiệt lượng cần cung cấp cho phôi nhiệt luyện đến nhiệt độ thích hợp : Q1 = m.c.Δt Trong đó c là nhiệt dung riêng của phôi cần nhiệt luyện, ta có bảng sau:

Hình 2 5 Nhiệt dung riêng của một số loại vật liệu [3]

Nhưng bên cạnh đó, cần phải cung cấp lượng nhiệt mất mát qua bức xạ và sự tỏa nhiệt của lõi cảm ứng, gọi là Q2 và Q3 :

Q2 = Ae.C0.( T1 – T2 )

Q3 = I2.R Vậy lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình nhiệt lượng là Q = Q1 + Q2 + Q3

Lượng nhiệt tỏa ra từ lò cảm ứng là :

Năng lượng tiêu hao khi nhiệt luyện các sản phẩm bằng các vật liệu khác nhau và ở các nhiệt độ đạt được khác nhau được thống kê:

Hình 2 6 Năng lượng cần thiết cho một số vật liệu [4]

Hiệu suất sử dụng nhiệt được thống kê như sau:

Hình 2 7 Hiệu suất sử dụng nhiệt [4]

2.3 Tôi bề mặt

2.3.1 Nguyên lý, quá trình

Tôi bề mặt là công nghệ bao gồm nung nóng nhanh bề mặt chi tiết thép lên tới nhiệt độ cần thiết bằng các phương pháp khác nhau, sau đó làm nguội nhanh trong môi trường

có vận tốc nguội lớn hơn vận tốc nguội tới hạn Do bề mặt được nung nhanh đến nhiệt

độ tôi còn phần lớn lõi vẫn chưa đạt nhiệt độ tôi nên khi tôi thì chỉ có bề mặt chi tiết được tôi cứng, trong khi đó lõi, chi tiết vẫn mềm, đảm bảo tính dẻo dai

Nguyên lý: Khi ta đặt chi tiết thép ( vật dẫn điện ) vào trong một điện từ trường biến thiên với tần số f thì bề mặt chi tiết sẽ xuất hiện một dòng điện cảm ứng có tần số biến thiên f lần trong một giây Dòng điên cảm ứng chủ yếu tập trung ở lớp bề mặt của chi tiết [1]

Các chi tiết làm việc trong điều kiện vừa chịu mômen xoắn lại vừa chịu mài mòn ma sát trên bề mặt yêu cầu lõi cần có tính tổng hợp cao, bề mặt có độ cứng, tính chống mài mòn cao.Yêu cầu trên được đáp ứng bằng cách nhiệt luyện hóa tốt cho lõi, còn bề mặt thì được hóa bền, tăng cứng nhờ tôi trong lò cảm ứng cho các loại thép kết cấu hóa tốt

Vì thế thép dùng để tôi trong lò cảm ứng thường là loại thép có hàm lượng cacbon trung bình từ 0,4 % ÷ 0,6% Người ta thường dùng thép hóa tốt có độ thấm tôi bình thường hoặc thấp để tôi trong lò cảm ứng như C40, C45, C50, C55, C60,….Hiện nay người ta

còn dùng phương pháp tôi trong lò cảm ứng cho các loại thép có độ thấm tôi tương đối cao bằng thép hóa tốt hợp kim thấp như 40Cr, 40CrV, hoặc thậm chí cả thép CD100, ganng

Có các phương pháp tôi bề mặt như sau: [1]

• Tôi đồng thời: Khi Po ≥ [Po] công suất máy hoàn toàn đáp ứng yêu cầu nung chi tiết với diện tích đã cho với tần số f và chiều dày lớp nung xác định Chi tiết được nung nóng đồng thời toàn bộ trong vòng cảm ứng, sau khi đạt được nhiệt độ tôi, chi tiết được mang ra làm nguội trong môi trường tôi

• Tôi liên tiếp: Khi Po < [Po], công suất máy không đủ lớn để nung nóng toàn bộ bề mặt diện tích được nung Lúc này, chọn giải pháp nung từng phần nhỏ diện tích sau

đó tịnh tiến nung nóng phần khác trong khi vòng nước làm nguội ( dung dịch tôi) liên tiếp phun nước để tôi phần vừa được nung Phương pháp này áp dụng cho các chi tiết dạng băng, thanh hoặc các chi tiết nhỏ gắn trên băng tải truyền động tịnh tiến, vùng cảm ứng đứng yên hoặc ngược lại

• Tôi liên tục liên tiếp: Trường hợp này tương tự với tôi liên tiếp nhưng khác ở chỗ là

áp dụng đối với các chi tiết có bề mặt dạng trụ tròn như trục, bánh răng modun nhỏ,… Trong phương pháp này thì thường các chi tiết vừa quay vừa tịnh tiến, vòng cảm ứng thì đứng yên ( hoặc ngược lại)

Hình 2.8 là miêu tả quá trình tôi liên tục liên tiếp đối với chi tiết dạng trụ tròn

Hình 2 8 Sơ đồ quá trình tôi liên tục liên tiếp [5]

Quá trình tôi bề mặt được thực hiện như sau: Ban đầu, ta đặt vật vào trục của máy rồi khởi động.Trục của máy được cấu tạo gồm một giá đỡ trên kèm theo đó là các vòng dây thép hoặc ống lõi dây để có đường kính thích hợp để vật có thể đi lọt qua Khi khởi động, vật nhiệt luyện xoay quanh tâm và chuyển động tịnh tiến, khi đi qua vòng dây hoặc ống lõi dây đó, vật nhận dòng điện cảm ứng chạy trên bề mặt của mình Do đó, vật được nung nóng ở bề mặt, nhiệt độ nung nóng được quy định từng loại mác thép và được điều chỉnh bằng tần số và số vòng dây phù hợp.Khi đi qua lớp vòng dây ấy, sẽ có một bộ phận phun nước ( hoặc dung dịch làm nguội phù hợp) nhằm làm nguội nhanh bề mặt của vật nấu luyện để tôi bề mặt Số lần nung nóng và làm nguội tùy thuộc vào quy định sản phẩm Kết thúc quá trình, sản phẩm sẽ có tính chất cứng bề mặt, nhưng bên trong vẫn đảm bảo được độ dẻo dai cần thiết

Hình 2 9 Đầu cảm ứng gắn vào bánh răng [6]

Tuy nhiên, tùy thuộc vào loại sản phẩm, ta có các dạng của đầu cảm ứng hoặc cuộn dây cảm ứng khác nhau Ví dụ khi tôi luyện bề mặt của các bánh răng, người ta thiết kế các đầu cảm ứng gắn vào các rãnh bánh răng như hình 2.9 Khi đó, các cuộn dây sẽ nằm ở bên trong các đầu cảm ứng và được gắn sát bánh răng Khi khởi động thì vị trí các rãnh bánh răng sẽ nhận dòng điện fu-cô thay vì toàn bộ bề mặt của bánh răng, với thiết kế này thì ta sẽ nâng cao năng suất và tiết kiệm được năng lượng và thời gian cần thiết để nhiệt luyện

Hình 2.10 thể hiện quá trình tôi đồng thời vật Thường thì ta chỉ áp dụng đối với các vật

có diện tích bề mặt nhỏ sẽ cho hiệu suất cao hơn do công suất của máy không quá lớn, ảnh hưởng đến chi phí đầu tư máy móc thiết bị

Hình 2 10 Nhiệt luyện một mặt sản phẩm [5]

Sản phẩm thường sẽ được đặt trên cuộn cảm ứng ( hoặc vòng quanh đối với các chi tiết hình trụ tròn) , sau khi khởi động máy thì toàn bộ bề mặt của sản phẩm đều xuất hiện dòng điện cảm ứng và được nung nóng Thông thường quá trình nung nóng chỉ xảy ra

từ 1 – 2s, sau đó vật được đem đi làm nguội trong nước ( hoặc dung dịch tôi tương ứng) Sau khi tôi trong lò cảm ứng, vật được đem ram thấp hoặc tiến hành tôi tự ram Quá trình tự ram khi tôi cảm ứng được thực hiện nhờ lượng nhiệt dư trong lõi chi tiết ram qua lớp vỏ mỏng đã được tôi cứng ở bên ngoài Điều khiển quá trình tự ram khi tôi cảm ứng thông qua thời gian cần thiết phun lượng dung dịch tôi lên bề mặt chi tiết Bằng các cảm ứng nhiệt độ, ta có thể xác định nhiệt độ tự ram, và từ thí nghiệm đo độ cứng, xem

tổ chức tế vi, ta có thể xác định thời gian và lưu lượng phun lượng dung dịch tôi lên bề mặt chi tiết Sau khi tôi và ram thấp thì độ cứng bề mặt của thép hóa tốt vào khoảng 56

÷ 60 HRC [1]

2.3.2 Lựa chọn thông số

Cách lựa chọn các thông số trong công nghệ tôi trong lò cảm ứng

Tần số dòng điện: Tần số dòng điện được lựa chọn dựa vào chiều sâu lớp được tôi (

chiều sâu lớp được nung ) yêu cầu Các chi tiết lớn như trục cán, chiều sâu lớp được tôi yêu cầu từ 4 ÷ 6 mm Các chi tiết nhỏ yêu cầu lớp tôi mỏng chỉ từ 1 ÷ 2 mm như các loại trụ nhỏ, acpiston Ta dựa vào công thức sau để tính tần số :

f =( 500

𝛥 )2 Hz